Dr. Kopecskó Katalin - fib.bme.hufib.bme.hu/korabbi_rendezvenyek/2016-02-09-fibMT... · A FIB BULLETIN 76 BEMUTATÁSA • A fib bulletinben használt fogalmak és definíciók áttekintése,

Dr. Kopecskó Katalin

A FIB

BULLETIN 76

BEMUTATÁSA

• A fib bulletinben használt

fogalmak és definíciók

áttekintése,

• A vizsgálati módszerek

összefoglalása,

• A Bulletin 76 megállapításai

a kloridion behatolás

meghatározásával

kapcsolatban.

DR. KOPECSKÓ KATALIN

OKL. VEGYÉSZMÉRNÖK

OKL. BETONTECHN. SZAKMÉRNÖK

FOGALMAK ÉS DEFINÍCIÓK

Kloridionok behatolásának

modellezése: Fick II. törvénye

Copies of texts (fib Bulletin 76) with the permission of fibDr. Kopecskó Katalin

MI A DIFFÚZIÓ?

A részecskék hőmozgás révén történő szétterjedése,

anyagvándorlás.

FICK I. TÖRVÉNYE

Az anyagáram sűrűség (J) a koncentrációeséssel arányos, ahol

a D arányossági tényező a diffúziós koefficiens.

D DIFFÚZIÓS EGYÜTTHATÓ

Arányossági tényező, amely megadja az egységnyi idő alatt és

egységnyi felületen átdiffundált anyag mennyiségét, ha a

koncentrációesés is egységnyi volt (m2/s).


[Károsodás mértéke]

Határállapot

kezdeti fázis

Cl- behatolás

károsodási fázis

Cl-krit = korróziót kiváltó kritikus kloridion tartalom

Depassziváció

időpontja

[Használati időtartam]

Első, látható károsodások

Élettartam

(Breit, 2001)

A KLORIDIONOK BEHATOLÁSA BETONBA



Határállapot

kezdeti fázis

Cl- behatolás

károsodási fázis


Depassziváció

időpontja



Élettartam

(Breit, 2001)

DIFFÚZIÓS

FÁZIS




Határállapot

kezdeti fázis

Cl- behatolás

károsodási fázis


Depassziváció

időpontja



Élettartam

(Breit, 2001)

DIFFÚZIÓS

FÁZIS

A diffúziós fázist a betonfedés

→ vastagsága, valamint

→ Cl- áteresztő képessége

fogja meghatározni



FICK I. TÖRVÉNYE

Állandósult – stacionárius – állapotra vonatkozik!

Az anyagáram sűrűség (J) a koncentrációeséssel arányos, ahol a

D arányossági tényező a diffúziós koefficiens.

J = – D ∙ dCi / dx (a koncentráció nem változik az idővel!)

Ji - az i-edik ion fluxusa,

D - diffúziós koefficiens,

Ci - az i-edik ion koncentrációja,

x - a (felületre merőleges) távolság.


Diffúzióegyenlet - nem állandósult állapotra!

Megadja, hogy amennyiben ismerjük a koncentráció térbeli eloszlását

egy t időpontban /→ c(x, t) /,

egy t + ∆t időpontban milyen lesz az új koncentráció eloszlás

/→ c(x, t + ∆t ) /.

∂ Ci / ∂ t = D ∙ ∂2 Ci / ∂ x2

D - a diffúziós koefficiens,

Ci - az i-edik ion koncentrációja,

x - a (felületre merőleges) távolság.

FICK II. TÖRVÉNYE


- C (x > 0, t = 0) = 0 kezdeti feltétel

a beton kiindulási Cl- koncentrációja zérus,

- C (x = 0, t > 0) = C0 peremfeltétel

a felületi Cl- koncentráció állandó, értéke C0,

- C (x = ∞, t > 0) = 0 peremfeltétel

a felülettől elegendően távol eső pontra nézve

a Cl- koncentráció zérus és nem változik.

Diffúzióegyenlet kezdeti és peremfeltételei

∂ Ci / ∂ t = D ∙ ∂2 Ci / ∂ x2

FICK II. TÖRVÉNYE


Sós

oldat

Tiszta

víz

(Hooton, 2006)

x, m

Cl-, m%

A DIFFÚZIÓEGYENLET MEGOLDÁSA


- az ionok nem homogén oldaton diffundálnak keresztül,

- beton porózus alapanyaga mind szilárd, mind folyékony

fázist tartalmaz,

- a diffúzió mértéke a pórusoldaton keresztül nem

csak a diffúziós koefficiens által meghatározott,

hanem a kapilláris pórusszerkezet fizikai jellemzői által is.

- a szilárd anyagon keresztül történő diffúzió elhanyagolható

a pórusstruktúrán keresztül mérhető diffúzióhoz képest,

Dapp vagy Deff tartalmazza a következőket is

DAPP

VERSUS D


- kapilláris abszorpció

- hidrosztatikus nyomás

- diffúzió

hatására a betonban.

nedvességtartalom-

különbség (gradiens)

nyomáskülönbség

(nyomás-gradiens)

koncentráció különbség

(koncentráció gradiens)

A KLORIDIONOK BEHATOLÁSA

VÉGBEMEHET

Ahol a hajtóerő:


ELTÉRÉSEK A VALÓSÁGTÓL

Copies of texts (fib Bulletin 76) with the permission of fib

DAPP

- NEM ÁLLANDÓ


DAPP

– AGING EXPONENT

Aging exponent:

0,2 - 0,8.

(fib MC2010)



(Hooton, 2006)

Kor, napok

Dif

fúzió

s k

oeff

icie

ns, m

2/s

DAPP

– AGING EXPONENT


1. hosszú időtartamú módszerek

2. rövid időtartamú (gyors) módszerek

- „ponding” teszt

- térfogati diffúziós teszt

- gyors klorid penetrációs vizsgálat

- elektromos migrációs módszerek

- gyors migrációs vizsgálat (HTC)

- ellenállóképesség mérése


A KLORIDION BEHATOLÁS

VIZSGÁLATÁNAK MÓDSZEREI

1. hosszú időtartamú vizsgálati módszerek

1.1 „ponding” teszt a beton kloridionok behatolásával

szembeni ellenálló képességének vizsgálatára

AASHTO T259: „Ponding test”

3% NaCl oldat

Beton minta

Oldalt lezárt

felületek

13 mm

> 75 mm

50 % relatív

páratartamú tér

szorpció +

diffúzió

együttesen hat!

Sóoldatban tárolás:

min. 90 napig!






1.2 térfogati diffúziós teszt „Bulk Diffusion Test”



bedolgozási felület

bedolgozási felület

vágás

vágás

vágás

X keverés / 4 korong

X keverés / 5 korong

epoxi

epoxi

epoxi

epoxi

X/5

X/4


1.2 térfogati diffúziós teszt, NT Build 443

(Kopecskó, 2006)





1.2 térfogati diffúziós teszt, NT Build 443

(Fotó: Kopecskó K.)

30 l sóoldat





1.2 térfogati diffúziós teszt, NT Build 443- Előkészítés: min. 28 napos korú betonon.

- Sóoldatban tárolás: min. 35 napig.

(NT Build 443)







2. rövid időtartamú (gyors) vizsgálati módszerek

2.1 gyors klorid behatolási vizsgálat (RCPT)

AASHTO T227, illetve ASTM C1202

2.2 elektromos migrációs módszerek

2.3 gyors migrációs vizsgálat

HTC vagy NTBuild 492

2.4 ellenálló képesség mérése




Beton minta

átmérő: 100 mm,

magasság: 50 mm,

felső felületével a

NaCl oldat felé

Rozsdamentes

acél katód

Rozsdamentes

acél anód

3 mólos NaOH

oldat tartály3% NaCl

oldat tartály

Adatgyűjtő

+

Nyomtató

-60 V egyenáram

2.1 gyors klorid penetrációs vizsgálat (RCPT)


nem az áteresztőképességet,

hanem az ionelmozdulást mérik






- az áramerősség az összes pórusoldatban jelenlevő ion

elmozdulásával arányos, nemcsak a kloridionokéval,

- a mérés még az állandósult (steady-state) állapot elérése

előtt zajlik,

- a feszültség a hőmérséklet emelkedését okozza, különösen

alacsony minőségű betonok esetén + a hőmérséklet

emelkedése tovább növeli az időegység alatt

áthaladt töltésmennyiséget,

- korróziós inhibitorok, vezetőképes szálerősítés!




Áthaladt

töltésmennyiség

(Coulomb)

A kloridionok

behatoló

képessége

4000 < nagy

2000 – 4000 mérsékelt

1000 – 2000 kicsi

100 – 1000 nagyon kicsi

<100 elhanyagolható

v/c

0,6 <

0,4 - 0,5

< 0,4






2.2 elektromos migrációs módszerek

Az ionelmozdulás leírása oldatban,

elektromos tér hatására Nernst-Planck egyenlet:

(Andrade, 1993)



fluxus = tiszta diffúzió +

migráció elektromos tér hatása +

konvekcióDr. Kopecskó Katalin

2.3 gyors migrációs módszer

HTC vizsgálat vagy NT Build 492









gumi gyűrű

katód

anód

0,2M KOH

oldat

betonkorong

0,2M KOH

+ 0,9 M NaCl

oldat

konténer

U

(Tang - Nilsson, 1992)






gumi gyűrű

katód

anód

0,2M KOH

oldat

betonkorong

0,2M KOH

+ 0,9 M NaCl

oldat

konténer

U

(Tang - Nilsson, 1992)

AgNO3 → AgCl2fehér csapadék,

ha CCl- ≥ 0,07 n







dmax

dátlag


KLORIDION BEHATOLÁS MÉLYSÉGE


0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

1,2E-11

1,4E-11

1,6E-11

1,8E-11

2E-11

CEM

II/A

CEM

II/A

CEM

II/A

CEM

II/B

CEM

II/B

CEM

II/B

CEM

III/B

CEM

III/B

CEM

III/B

Diffúziós koefficiensek, légbuborék képző nélküli minták

0,35

0,45

0,55

DNSSM

(DRCM,28

)


0

2E-12

4E-12

6E-12

8E-12

1E-11

1,2E-11

1,4E-11

1,6E-11

1,8E-11

2E-11

CEM

II/A

CEM

II/A

CEM

II/A

CEM

II/B

CEM

II/B

CEM

II/B

CEM

III/B

CEM

III/B

CEM

III/B

Diffúziós koefficiensek, légbuborék képzős minták

0,35 + L

0,45 + L

0,55 + L

DNSSM

(DRCM,28

)


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Klo

rid

ion

ko

nce

ntr

áció

, m

/m

%

Behatolási mélység, mm

CEM II/A-S 42,5 N

0,35

0,35 légpórusképzős

0,45


0,55


KLORIDION BEHATOLÁSI JELLEGGÖRBÉK


0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Klo

rid

ion

ko

nce

ntr

áció

, m

/m

%

Behatolási mélység, mm

CEM II/B-S 42,5 N

0,35


0,45


0,55


KLORIDION BEHATOLÁSI JELLEGGÖRBÉK


ELTÉRÉS A FICK II. TÖRVÉNYTŐL


DAPP

– DRCM,28

A környezeti változóval

figyelembe veszik a hőmérséklet

hatását a kloridbehatolásra


DAPP

– DRCM,28

Az ‚α aging exponent’

eltérő értékű lehet az alkalmazott

módszerek szerint

αB < αA t ≤ néhány hónapos mintákon,

αA < αB t ≥ 10 éves mintákon


A BULLETIN 76 MEGÁLLAPÍTÁSAI A

DAPP

(T) MEGHATÁROZÁSÁVAL KAPCSOLATBAN 1/3

Új anyagok felhasználásakor, vagy ha nem áll rendelkezésre

hosszú időtartamú hatásnak kitett beton helyszíni mintáiból

mérési adat

az Approach A-t (diffúziós vizsgálat) kell alkalmazni és az αA

aging exponent (kor tényező) értékét legalább kétéves

laboratóriumi kísérlettel kell meghatározni.


Abban az esetben, ha elegendő mennyiségű (és a környezeti

hatásnak hosszú időn át kitett) és a tervezendő betonhoz

hasonló összetételű helyszíni minta áll rendelkezésre,

• ebből meg tudjuk határozni a Dapp(t) értékét.

• az αB aging exponent (kor tényező) és a DRCM(0) az Approach

B (rapid chloride migration test) alkalmazásával határozható

meg a tervezett betonon.


DAPP



Amennyiben a helyszíni minták összetétele megegyezik a

tervezett betonéval és rendelkezésre áll elegendő hosszú

időtartamú mérési adat, ebből határozzuk meg az αA aging

exponent (kor tényező) és a Dapp(t) értékét

A Dapp(0) -t az Approach A (diffúziós vizsgálat) alkalmazásával

kell meghatározni a tervezett betonon.


DAPP



KÖSZÖNÖM A MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET!

Dr. Kopecskó Katalin, BME, e-mail cím: [email protected]

Documents

Dr. Kopecskó Katalin - fib.bme.hufib.bme.hu/korabbi_rendezvenyek/2016-02-09-fibMT... · A FIB BULLETIN 76 BEMUTATÁSA • A fib bulletinben használt fogalmak és definíciók áttekintése,